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(11) | EP 2 163 514 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Technologie zur Herstellung von Treibstoffgas und Elektroenergie aus Wasser |
| (57) Das hier beschriebene Verfahren zur Erzeugung von Treibstoffgas und Elektroenergie
aus Wasser bzw. Wasserdampf, ist ein Verfahren zur Separierung von Wasserstoffionen
und Elektronen. In einer Anlage wird zugeführtes Wasser durch das Wirken elektrischer und elektromagnetischer Felder Wasserstoffionen und Elektronen separiert. Als ein weiteres Produkt fällt Sauerstoff an. |
[0001] Die Technologie zur Erzeugung von Treibstoffgas und Elektroenergie aus Wasser bzw. Wasserdampf, ist ein Verfahren zur Separierung von Wasserstoffionen und Elektronen.
[0002] In einer Anlage wird zugeführtes Wasser durch das Wirken elektrischer und elektromagnetischer Felder Wasserstoffionen und Elektronen separiert.
[0003] Das wichtigste Element der Anlage ist der Separator (Abscheider).
Aufgrund der besonderen Geometrie arbeiten im Abscheider zwei transversale Felder: ein elektrisches Hochspannungsfeld und ein elektromagnetisches Feld (Bild 1).
[0005] Wasser- oder Gasmoleküle, die in ihrem freien Zustand klar ausgeprägte Dipole (1,87 Debye) darstellen, befinden sich in einer chaotischen Brownschen Bewegung.
[0006] Wenn sie auf ein elektrisches Feld mit einer ausreichenden Spannung treffen, werden die Moleküle polarisiert, reihen sich entlang der Achse der angelegten Spannung auf und trennen sich teilweise.
[0007] Wird nun diese Masse polarisierten Wassers in das transversale Magnetfeld gegeben und bewegt, so entsteht folgende interessante Situation: die Elektronen in einer Valenzbindung, die Wasserstoffprotonen, d.h. alle aufgeladenen Teilchen, werden, wenn sie sich im Magnetfeld bewegen, gemäß des Lorentzschen Gesetzes ihre Bahnen ändern, und das um so stärker, je höher die Flussgeschwindigkeit ist.
[0008] Diejenigen Elektronen, die durch die Felder an die Anode gedrückt werden, werden durch einen Hochspannungsgleichrichter "abgesaugt" und auf eine isolierte Katode übertragen.
Aufgrund der Isolierung der Katode kehren sie nicht in den Fluss zurück, d.h. im Unterschied zur Elektrolyse erfolgt hier keine Rekombination! Dieser Umstand ist von großer Bedeutung für die Senkung des Energieverbrauches.
[0009] Das überschüssige Elektronenpotential, das sich während der Abscheidung in der Katode ansammelt, wird in serienmäßig hergestellten Generatoren beliebige Aggregate mit Energie versorgen - dadurch erhalten wir Wärme und Strom in einem Prozess.
[0010] Im Strom bilden sich lawinenartig Sauerstoff- und Wasserstoffionen. Die Gaskomponente des Stroms steigt immer mehr an und erreicht bei entsprechender Größe des Magnetspaltes (Bild 2) ihr Maximum - d.h., sie geht in Treibstoffgas über.
Besonderheiten des Verfahrens:
[0011]
- 1. Betriebene Anlage sind ökologisch sicher.
- 2. Das Verfahren ermöglicht eine fast unbegrenzte Erneuerung der Ressourcen.
(z.B. das Meerwasser: durch die Abscheidung von Schwefelwasserstoff aus dem Meer, die Reinigung von Trinkwasser, die Nutzung von Dampf aus Wärmekraftwerken) - 3. Viele Ressourcen für die Nutzung des Verfahrens sind aus nationaler Herstellung verfügbar.
- 4. Die Selbstkosten für die Herstellung von 1 m3 Treibstoffgas sind annähernd 3 mal geringer als bei 1 m3 Erdgas
- 5. Bei Einsatz unseres Verfahrens könnte der gesamte Energiesektor umstrukturiert werden, da die Notwendigkeit entfällt, zentral Wärme zu erzeugen und über Fernleitungen an den Verbraucher zu transportieren. Die gesamte Wärme wird dort erzeugt, wo sie benötigt wird, ohne An- und Abtransport von Treibstoff.
- 6. Bei der Verbrennung des Treibstoffgases bilden sich keine Kohlenstoffmonoxide, da die Abfälle/Rückstände bei Betrieb einer Anlage sich auf eine geringe Menge Wasser (Kondensat) reduzieren.
- 7. Der Einsatz dieses Verfahrens gewährleistet eine hohe Betriebssicherheit - fällt Wasser oder Strom aus, so wird der Prozess sofort unterbrochen. Gasleckage ist ausgeschlossen, da die Gasverbrennung direkt im Zuge der Erzeugung erfolgt.
Mögliche Anwendungsgebiete und potenzielle Nutzer:
[0012] Wohnungssektor - Versorgung von Wohnhäusern und Industriegebäuden (Typenbauten )mit Wärme und Heißwasser, unabhängig von der Anzahl der Stockwerke; Möglichkeiten zum Einsatz unserer Anlagen in Heizhäusern oder Wärmekraftwerken ohne erforderliche große Umgestaltungen. Erdgas könnte als Reserve dienen.
[0013] Heizkraftwerke - Nutzung des "Abdampfes" als Treibstoff für Kraftwerke. Der Wirkungsgrad der Kraftwerke kann dadurch auf 90 % und eventuell höher gesteigert werden. Das bedeutet ökologisch saubere Abgase und große Mengen billiger Elektroenergie ohne wesentliche finanzielle Investitionen.
[0014] KFZ-Wesen - eine Weiterentwicklung des Generators ermöglicht eine Nutzung zur Erzeugung von umweltfreundlichem Kraftstoff für jegliche Transportmittel (dabei wäre es nicht erforderlich, im Fahrzeug Wasserstoff- und Sauerstoffflaschen mitzuführen).
[0015] Schiffbau - die Herstellung von Schiffsantrieben mit Wasserstofftechnologie unter Nutzung von Außenbordwasser.
[0017] Die Ökologie des Schwarzen Meeres bietet unerschöpfliche Reserven von tiefliegendem Schwefelwasserstoff H2S, dessen Formel strukturell sehr ähnlich zu H2O ist. Dadurch ist es möglich, Wasserstoff und Kolloidschwefel zu erhalten. Wasserstoff wird verflüssigt, Schwefel könnte zur Herstellung verschiedenster chemischer Verbindungen genutzt werden (Säuren, Chemikalien für die Landwirtschaft, die Pharmazeutik etc.) So erfolgt neben der Gewinnung eines wichtigen Rohstoffes noch die Säuberung des Meerwassers von Schwefelwasserstoff.
1. Der Patenttanspruch-1 umfasst das Verfahren zur Separierung von Wasserstoffionen und
Elektronen aus Wasser und Wasserdampf.
Das Verfahren zur Separierung von Wasserstoffionen und Elektronen ist eine Abscheidung von Elektronen von den äußeren Bahnen von Wassermolekülen.
Die Bestandteile von Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, die an sich Gase darstellen, werden bei Verbindung in einem Molekül zu Flüssigkeit. Entfernt man von der äußeren Bahn der Elektronenpaarbindung des Wassermoleküls zumindest zwei Elektronen, so verwandeln sich die Bestandteile Wasser und Sauerstoff in positive Ionen.
Durch die Abstoßung aufgrund der Coulombschen Kraft werden sie zu Gasen - also zu Treibstoff!
Der atomare Wasserstoff brennt mit einer Temperatur von 4000 °C, der molekulare - von 2500 °C. Sauerstoff verstärkt den Brennvorgang.
Wie erfolgt die Ablösung der Elektronen von den Bahnen der Wassermoleküle? In der Anlage kommen durch die besondere Geometrie drei bestimmende Faktoren zur Geltung: die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsflusses, ein transversales Magnetfeld und ein elektrisches Hochspannungsfeld, (Bild-1):
Bewegt sich die Flüssigkeit in dem transversalen Magnetfeld, werden gemäß der Lorentz-Kraft alle aufgeladenen Teilchen nach rechts in Richtung der elektrischen Hochspannungsanode gelenkt.
Als Anode dient die kapillare Spirale der sich drehenden Scheibe, die Scheibe selbst und die gesamte Konstruktion der Anlage. Die Elektronen werden durch die Felder an die Anode gepresst, durch den Hochspannungsgleichrichter "abgesaugt" und an die Katode übertragen.
Als Katode dient die "Erde" bzw. ein Verbraucher. Aufgrund der Isolierung der Anlage kehren sie nicht in den Kreis zurück. Es erfolgt keine Rekombination, wie im Falle einer Elektrolyse. Dadurch erklärt sich auch die niedrigen Energiebedarf!
Das überschüssige Elektronenpotential, welches sich in der Anlage ansammelt, wird im Laufe der Abscheidung/Separierung allmählich an die "Erde" bzw. an Verbraucher abgegeben.
Im Strom erfolgt eine lawinenartige Bildung von Sauerstoff- und Wasserstoffionen. Die Gaskomponente des Stromes wächst ständig an, erreicht am Ende der spiralförmigen Rille der Scheibe ihr Maximum und geht in Treibstoff über!
Jetzt muss man die Anlage lediglich mit einem dichten Gehäuse umkleiden und daraus Gas entnehmen.
Das Verfahren zur Separierung von Wasserstoffionen und Elektronen ist eine Abscheidung von Elektronen von den äußeren Bahnen von Wassermolekülen.
Die Bestandteile von Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff, die an sich Gase darstellen, werden bei Verbindung in einem Molekül zu Flüssigkeit. Entfernt man von der äußeren Bahn der Elektronenpaarbindung des Wassermoleküls zumindest zwei Elektronen, so verwandeln sich die Bestandteile Wasser und Sauerstoff in positive Ionen.
Durch die Abstoßung aufgrund der Coulombschen Kraft werden sie zu Gasen - also zu Treibstoff!
Der atomare Wasserstoff brennt mit einer Temperatur von 4000 °C, der molekulare - von 2500 °C. Sauerstoff verstärkt den Brennvorgang.
Wie erfolgt die Ablösung der Elektronen von den Bahnen der Wassermoleküle? In der Anlage kommen durch die besondere Geometrie drei bestimmende Faktoren zur Geltung: die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsflusses, ein transversales Magnetfeld und ein elektrisches Hochspannungsfeld, (Bild-1):
1. Flussrichtung der Flüssigkeit
2. Anode im elektrischen Hochspannungsfeld
3. Magnetfeld.
Wie ist die Anlage aufgebaut? Zwischen zwei ringförmigen Gleichspannungs-Elektromagneten dreht sich eine Scheibe mit einem spiralförmigen kapillaren Gewinde, über welche sich zentrifugal der Flüssigkeitsstrom bewegt. Die Flüssigkeit trifft über eine vertikale Bohrung in der Welle auf die Scheibe (siehe Bild-3).Bewegt sich die Flüssigkeit in dem transversalen Magnetfeld, werden gemäß der Lorentz-Kraft alle aufgeladenen Teilchen nach rechts in Richtung der elektrischen Hochspannungsanode gelenkt.
Als Anode dient die kapillare Spirale der sich drehenden Scheibe, die Scheibe selbst und die gesamte Konstruktion der Anlage. Die Elektronen werden durch die Felder an die Anode gepresst, durch den Hochspannungsgleichrichter "abgesaugt" und an die Katode übertragen.
Als Katode dient die "Erde" bzw. ein Verbraucher. Aufgrund der Isolierung der Anlage kehren sie nicht in den Kreis zurück. Es erfolgt keine Rekombination, wie im Falle einer Elektrolyse. Dadurch erklärt sich auch die niedrigen Energiebedarf!
Das überschüssige Elektronenpotential, welches sich in der Anlage ansammelt, wird im Laufe der Abscheidung/Separierung allmählich an die "Erde" bzw. an Verbraucher abgegeben.
Im Strom erfolgt eine lawinenartige Bildung von Sauerstoff- und Wasserstoffionen. Die Gaskomponente des Stromes wächst ständig an, erreicht am Ende der spiralförmigen Rille der Scheibe ihr Maximum und geht in Treibstoff über!
Jetzt muss man die Anlage lediglich mit einem dichten Gehäuse umkleiden und daraus Gas entnehmen.
2. Formel der Erfindung
Die Flüssigkeit läuft über zwei senkrecht zueinander stehende Felder - ein Hochspannungsfeld und ein Magnetfeld.
Die elektronische Formel des Wassers
An der Wasserstoffbahn 1S erfolgt ein kovalenter Austausch von unpaarigen Sauerstoffelektronen und Wasserstoffelektronen.
Die zwei Gase H2 und O2 , die durch Elektronen auf den kovalenten Bahnen (2P) des Sauerstoffs und Wasserstoffs elektrisch verbunden sind (Bild-1) bilden gemeinsam Wasser. Damit Sauerstoff und Wasserstoff wieder gasförmig werden können, ist es erforderlich, die Elektronen der Wasserstoffbindung von der Bahn 2P zu entfernen.
Die Elektronenformel des Wassers lautet:
Neben dem Protonen-Neutronen-Kern hat Sauerstoff drei elektronische Bahnen: 2 Elektronen auf der Bahn 2S, 2 Elektronen auf der Bahn 1S und 4 Elektronen auf der Bahn 2P (zwei entgegengesetzt und zwei unpaarig, die praktisch in allen chemischen Bindungen beteiligt sind. (siehe Abb).
Im Wassermolekül wechseln die unpaarigen Elektronen der Bahn 2P die Bahnen mit den Elektronen der Wasserstoffatome, die sich auf der Bahn 2P in einem Winkel von 105° befinden. Die Kraft der elektrostatischen Anziehung des Elektrons beträgt 8,2*10-8 N. Die lineare Geschwindigkeit beträgt 2,2 km/s. Um die Wasserstoffbindung zu lösen, benötigt man Energie.
Die lonisierungsenergie des Wassermoleküls beträgt 14,58 * 10-20 J. Wenn das Elektronen-Volt 1,6*10-19 J beträgt, so benötigt man für die lonisierun
Das ergibt 0,98 eu.
Wenn bei der Elektrolyse die Entfernung zwischen der Katode und der Anode 3 - 4 mm beträgt (bei einem Radius des Wassermoleküls von 5,3*10-14), so erhält man eine "Lokomotive" von astronomischer Länge aus Wassermolekülen und man benötigt Ionisierungsenergie, um die Wasserstoffbindungen zu lösen.
Das von der Bahn gerissene Elektron "springt" sofort auf die benachbarte Bahn, wo wiederum Energie benötigt wird, um das Elektron weiter zu bewegen etc. Zudem haben die Elektronen auf dem Weg von der Anode über die Stromquelle zur Katode zusätzliche Energie verbraucht, um die Katode verlassen zu können. Die Leistung eines solchen Austritts beträgt 69,76 * 10-20 J.
Berechnet man genau den Energieverbrauch für die Übertragung der Elektronen von einer Bahn auf eine andere, so erhalten wir die Faraday-Konstante für die Elektrolyse. Das ist ein enormer Energieverbrauch.
In unserer Variante vermeiden wir die Schemata der Wasserabscheidung, die mit diesen hohen Verlusten verbunden sind!
Stellen wir uns einen Flüssigkeitsstrom (Elektronenstrom) auf der Fläche einer Anode vor.
Davor steht eine "Wand" eines Magnetfeldes. Das Feld verbraucht keine Energie und verändert nicht die Module der Teilchen, sondern nur deren Bahn, da es die Elektronen zur Anode verdrängt Die Elektronen werden somit auf ihrem Weg über die Anode durch das Feld immer mehr "gedrängt", an die Anode "gerieben" und wechseln gleichmäßig auf "freie" Bahnen der Atome der Anode.
Die Energie wird in diesem Fall nur auf die Erzeugung des Feldes und das Durchpumpen der Flüssigkeit verwendet. Die Elektronen durchlaufen den Weg von der Anode über den inneren Widerstand der Stromquelle bis zur isolierten Katode und kehren nicht in den Strom zurück, da die Katode isoliert ist. Somit gibt es keine Rekombination, die weit mehr Energie benötigen würde.
Das ständig anwachsende Potential der Elektronen wird über die Stromabnehmer zur Nutzung verfügbar.
Berechnung der Produktivität
In einem Wassermol befinden sich 6,02 * 10-23 H2O Moleküle. Ihr Gewicht beträgt O+H+H = 16+1+1=18g.
I m3 Gas enthält 1000:22,4=44,64 mol
44,64 mol H2O enthalten: 6,02 * 1023 *44,64 = 268,7 * 1023 *= 2,69* 12523 Wassermoleküle.
Die Masse eines Wassermoleküls beträgt 3* 10-26 kg, somit ist der Verbrauch für 1 m3 Gas:
Bei Abmessungen der Magnetspalte von 2,5*40 = 100 mm2 und einer Geschwindigkeit des Flusses von 2 m/s werden durch die Magnetspalte 100 * 2000 = 200000 mm3/s oder 200 cm3/s oder 720000 cm3/Std passieren, d.h. 0,72 m3/Std.
Wenn für die Herstellung von 1 m3 Gas, 807 g Wasser benötigt werden, so werden bei einem Durchsatz von 0,72 m3/Std. Wasser
7200 : 807 = 892 m3 Gas erzeugt.
Bei einer Flussgeschwindigkeit von 1,5 m/s bedeutet dies
100 * 1500 = 150000 mm3/s bzw. 9000 cm3/min. Das ergibt 0,54 m3/Std.
Bei einem Durchsatz von dieser Menge Wasser werden 540000 : 807 = 669 m3 Gas erzeugt.
(Der Druck der Ringwasserleitung (4,0-6,0 bar) erzeugt leicht eine Flussgeschwindigkeit von 1,5 m/s)
Die Flüssigkeit läuft über zwei senkrecht zueinander stehende Felder - ein Hochspannungsfeld und ein Magnetfeld.
Die elektronische Formel des Wassers
An der Wasserstoffbahn 1S erfolgt ein kovalenter Austausch von unpaarigen Sauerstoffelektronen und Wasserstoffelektronen.
Die zwei Gase H2 und O2 , die durch Elektronen auf den kovalenten Bahnen (2P) des Sauerstoffs und Wasserstoffs elektrisch verbunden sind (Bild-1) bilden gemeinsam Wasser. Damit Sauerstoff und Wasserstoff wieder gasförmig werden können, ist es erforderlich, die Elektronen der Wasserstoffbindung von der Bahn 2P zu entfernen.
Die Elektronenformel des Wassers lautet:
Neben dem Protonen-Neutronen-Kern hat Sauerstoff drei elektronische Bahnen: 2 Elektronen auf der Bahn 2S, 2 Elektronen auf der Bahn 1S und 4 Elektronen auf der Bahn 2P (zwei entgegengesetzt und zwei unpaarig, die praktisch in allen chemischen Bindungen beteiligt sind. (siehe Abb).
Im Wassermolekül wechseln die unpaarigen Elektronen der Bahn 2P die Bahnen mit den Elektronen der Wasserstoffatome, die sich auf der Bahn 2P in einem Winkel von 105° befinden. Die Kraft der elektrostatischen Anziehung des Elektrons beträgt 8,2*10-8 N. Die lineare Geschwindigkeit beträgt 2,2 km/s. Um die Wasserstoffbindung zu lösen, benötigt man Energie.
Die lonisierungsenergie des Wassermoleküls beträgt 14,58 * 10-20 J. Wenn das Elektronen-Volt 1,6*10-19 J beträgt, so benötigt man für die lonisierun
Das ergibt 0,98 eu.
Wenn bei der Elektrolyse die Entfernung zwischen der Katode und der Anode 3 - 4 mm beträgt (bei einem Radius des Wassermoleküls von 5,3*10-14), so erhält man eine "Lokomotive" von astronomischer Länge aus Wassermolekülen und man benötigt Ionisierungsenergie, um die Wasserstoffbindungen zu lösen.
Das von der Bahn gerissene Elektron "springt" sofort auf die benachbarte Bahn, wo wiederum Energie benötigt wird, um das Elektron weiter zu bewegen etc. Zudem haben die Elektronen auf dem Weg von der Anode über die Stromquelle zur Katode zusätzliche Energie verbraucht, um die Katode verlassen zu können. Die Leistung eines solchen Austritts beträgt 69,76 * 10-20 J.
Berechnet man genau den Energieverbrauch für die Übertragung der Elektronen von einer Bahn auf eine andere, so erhalten wir die Faraday-Konstante für die Elektrolyse. Das ist ein enormer Energieverbrauch.
In unserer Variante vermeiden wir die Schemata der Wasserabscheidung, die mit diesen hohen Verlusten verbunden sind!
Stellen wir uns einen Flüssigkeitsstrom (Elektronenstrom) auf der Fläche einer Anode vor.
Davor steht eine "Wand" eines Magnetfeldes. Das Feld verbraucht keine Energie und verändert nicht die Module der Teilchen, sondern nur deren Bahn, da es die Elektronen zur Anode verdrängt Die Elektronen werden somit auf ihrem Weg über die Anode durch das Feld immer mehr "gedrängt", an die Anode "gerieben" und wechseln gleichmäßig auf "freie" Bahnen der Atome der Anode.
Die Energie wird in diesem Fall nur auf die Erzeugung des Feldes und das Durchpumpen der Flüssigkeit verwendet. Die Elektronen durchlaufen den Weg von der Anode über den inneren Widerstand der Stromquelle bis zur isolierten Katode und kehren nicht in den Strom zurück, da die Katode isoliert ist. Somit gibt es keine Rekombination, die weit mehr Energie benötigen würde.
Das ständig anwachsende Potential der Elektronen wird über die Stromabnehmer zur Nutzung verfügbar.
Berechnung der Produktivität
In einem Wassermol befinden sich 6,02 * 10-23 H2O Moleküle. Ihr Gewicht beträgt O+H+H = 16+1+1=18g.
I m3 Gas enthält 1000:22,4=44,64 mol
44,64 mol H2O enthalten: 6,02 * 1023 *44,64 = 268,7 * 1023 *= 2,69* 12523 Wassermoleküle.
Die Masse eines Wassermoleküls beträgt 3* 10-26 kg, somit ist der Verbrauch für 1 m3 Gas:
Bei Abmessungen der Magnetspalte von 2,5*40 = 100 mm2 und einer Geschwindigkeit des Flusses von 2 m/s werden durch die Magnetspalte 100 * 2000 = 200000 mm3/s oder 200 cm3/s oder 720000 cm3/Std passieren, d.h. 0,72 m3/Std.
Wenn für die Herstellung von 1 m3 Gas, 807 g Wasser benötigt werden, so werden bei einem Durchsatz von 0,72 m3/Std. Wasser
7200 : 807 = 892 m3 Gas erzeugt.
Bei einer Flussgeschwindigkeit von 1,5 m/s bedeutet dies
100 * 1500 = 150000 mm3/s bzw. 9000 cm3/min. Das ergibt 0,54 m3/Std.
Bei einem Durchsatz von dieser Menge Wasser werden 540000 : 807 = 669 m3 Gas erzeugt.
(Der Druck der Ringwasserleitung (4,0-6,0 bar) erzeugt leicht eine Flussgeschwindigkeit von 1,5 m/s)